毕业设计论文基于AT89C51单片机的智能温控系统设计.doc
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1、【摘要】:本文介绍了一个由AT89C51为控制芯片、温度传感器DS18B20、抽水机等器件构成的一个智能温度控制系统。本系统的可实现的功能:1、四位数码管轮流显示温度一、温度二以及这两个温度的温差;2、系统根据温差的大小采取相应的措施以减小温差:当温差大于或等于5而小于10时,系统发出黄色警告同时启动小功率喷水机向空中喷水;当温差大于10时,系统发出红色警告同时启动大功率喷水机向空中喷水;3、当温度一、温度二中至少一个温度大于30度而小于35度时,系统发出黄色警告同时启动小功率喷水机向空中喷水;大于35度时,系统发出红色警告同时启动大功率喷水机向空中喷水。最终达到减小温度及温差对植物生长造成的
2、负面影响的目的,或者使人达到避暑的目的。目前 言.2 1 总体设计方案.41.1 智能温控系统设计方案论证1.2 方案的总体设计框图2 系统电路原理图.5 3 MCS-51系列单片机简介.63.1 时钟电路引脚3.2 控制信号引脚3.3 I/O(输入/输出)接口引脚 3.4 MCS-51单片机的复位方式和复位电路4 温度显示的数码管简介.135 温度传感器DS1820简介.155.1 DS1820简介5.2 DS1820内部结构框图5.3 提高DS1820测温精度的途径5.4 DS1820使用中注意事项 6 软件编程.246.1 智能温控系统总流程图6.2 DS18B20子程序流程图6.3 根
3、据温度一、二的大小使喷水机动作的子程序流程图6.4 温差子程序流程图6.5 根据温差的大小使喷水机动作的子程序流程图7 调试结果.25致 谢.34心得体会.35 参考文献.36 附录(系统设计程序)37前言根据自然规律我们容易知道:温度和温差对我们的植被生长有很大的影响,适合植被生长的温度只有一个很小的范围,当温度过大或过小都会给我们的植被生长带来负面的作用,日夜温差或根部和空气之间的温差过大同样会影响植被的水循环和光合作用,从而影响生长。当前在我国很多农村,减小温度和温差对农作物、果树的影响的一些措施和方法都还停留在旧社会的水平,在这种情况下,一旦气温不好,农民朋友就得花费大量的人力、物力,
4、这样做不但效果不怎么样,反而使生产的成本大大提高,降低经济效益。当前我国正大力提倡农业现代化、增加农民收入,智能温控系统的制作无疑是雪中送炭。1 总体设计方案 1.1 智能温控系统设计方案论证考虑到用温度传感器,在单片机电路设计中,大多都是使用传感器,所以这是非常容易想到的,所以可以采用两只温度传感器DS18B20。通过此传感器,单片机可以很容易读取被测温度值,将温度进行转换输出,再将两温度进行相减得出温差输出,最后根据的温度和温差的大小,使喷水机进行相应动作,即可满足设计要求。 1.2 方案的总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图(1-1)所示,控制器采用单片机AT89S51,温度传
5、感器采用DS18B20,用4位LED数码管以串口传送数据实现温度轮流显示。 单片机主控制器时钟震荡电路复位电路DS18B20-1DS18B20-2LED显示黄色警告和小功率喷水机驱动电路红色警告和大功率喷水机驱动电路图(1-1) 总体设计方框图2 系统电路设计 系统电路图如图(21)所示 图(21) 系统电路图3 MCS-51系列单片机简介 MCS-51系列单片机研制于1980年,由Intel公司所开发,其结构是8048的延伸,改进了8048的缺点,其ROM、RAM都可扩充至64KB,也增添了如乘(MUL)、除(DIV)、减(SUBB)、比较(CJNE)、栈入(PUSH)、栈出(POP)、16
6、位数据指针、布尔代数运算等指令,以及串行通信能力和5个中断源。8052有6个中断源,MCS-51系列单片机存储器容量如表(2)所示。MCS-51系列单片机特点如下: ()、专为控制应用所设计的八位 ()、具有布尔代数的运算能力 ()、条双项且可被独立寻址的口 ()、芯片内有字节可供存储数据的(:字节) ()、内部有两组位定时器(有个) ()、具有全多工传输信号 ()、个中断源,且具有两级(高低)优先权顺序的中断结构 ()、芯片内有()的程序存储器()()、芯片内有时钟()振荡器电路 ()、程序存储器可扩展至() ()、数据存储器可扩展至() 表(2) MCS-51系列单片机ROM及RAM容量(
7、字节) 型号803180518751803280528752 ROM04K008K0RAM128128128256256256EPROM004K008K()、:工厂烧写型,内含 ()、:一次烧写型,内含 ()、:可重复烧写型,内含 ()、:省电型(低消耗功率) 3.1、时钟电路引脚 单片机的时钟可以由内部方式和外部方式产生,(脚)和(脚)即为单片机的两个时钟引脚。 ()内时钟引脚 单片机片内有振荡电路,只需在和间外接石英晶体和电容组成的并联振荡电路(晶振器),晶体可以在固有频率.z的晶振器之间任选晶体,电容可以在p的电容之间任选,通常选择p的瓷片电容。在单片机控制的数字显示温度计电路设计的这个
8、部分,就是采用内时钟引脚,其中晶振器为6MHz,两个电容均为30pF。 ()外时钟方式,接地,接外部振荡器。由于端的电平不是电平,故接一个上拉电阻。外部振荡器的频率应低于z。 3.2、控制信号引脚 ()pd(脚):复位信号备用电源引脚 当输入的复位信号延续个机器周期以上,高电平即为有效,用以完成单片机的复位操作。复位后影响片内特殊功能寄存器的状态,但不影响片内状态。 同一引脚的pd是备用电源输入端(pd接备用电源)。在cc断电时,为保证中的信息不丢失,可使此引脚完成掉电保护功能。 ()非(脚);地址锁存允许信号编程脉冲输入端 在系统扩展时,用于控制把口输出的低位地址送入锁存器锁存起来,以实现低
9、位地址和数据的分时传送。此外由于是以晶振频率的固定频率输出的正脉冲,因此可作为外边时钟或外部定时脉冲使用。 对片内带有kbyte的编写固化程序时,非作为编程脉冲输入端。 ()非(引脚):外边程序存储器读选通信号 为低电平有效,在访问片外程序存储器时,此引脚端输出负脉冲作为读片外程序存储器的选通信号,以实现外部单元的读操作。要检查上电平后能否正常到程序存储器中读取指令码,可以用示波器观察引脚非有无脉冲输出,若有说明正常。 ()非pp(脚):内部和外部程序存储器选择信号 当引脚接高电平时,只访问片内kbyte的,执行内部程序存储器中的指令,但在程序计数器计数超过时(即地址大于kbyte时),将自动
10、转向执行片外大于kbyte程序存储器内的程序。 若非引脚接低电平时,只访问外部程序存储器,而不管片内是否有程序存储器。对于单片机(片内无)需外扩,故必须将非引脚接地。 在对编写固化程序时,需对此引脚施加的编程电压。3.3、I/O(输入/输出)接口引脚 (1)并行I/O接口的特点 MCS-51有4个8位并行I/O接口P0P3,他们都是双向端口,可以进行输入或者输出操作,每个口都有口锁存器和口驱动器两部分组成。此外,它还有一个全双工串行通信口。这4个端口为MCS-51与外围器件或外围设备进行信息(数据、地址、控制信号)交换提供了多功能的输入/输出通道,也为MCS-51扩展外部功能、构成应用系统提供
11、了必要的条件。 它们的特点如下: a、4个并行I/O接口都是双向的。P0口为漏极开路,P1、P2、P3口均具有内部上拉电阻,它们有时被称为准双向口。 b、4个并行口的32条I/O接口线都可以独立地用于输入或输出操作。c、当4个并行口的I/O接口线有作输入操作时,必须对该口的锁存器进行写1操作,以保证从I/O接口线输入数据的正确性,这也是4个并行接口有时被称为“准”双向的含义。 (2)I/O接口电路功能汇总 MCS-51单片机内部属单总线结构,因此使系统在结构上增加了灵活性。通过总线,用户可根据应用需要进行多功能的系统扩展,构成用户的实际应用系统。MCS-51系列中的8031单片机,因其内部在结
12、构上无程序存储器,所以它的应用系统必定为一个扩展的系统。因此,MCS-51的4个并行I/O接口中的P0、P2、P3口基本上都具备有这两项功能。 a、P0口:P0口的内部一位结构如图(33)所示。P0口是一个多功能口除可以作为通用的输入/输出口外,还具备用于系统扩展的第二功能。在MCS-51的进行系统扩展时,它作为地址/数据总线口。通过外接地址锁存器,MCS-51的内部单总线可从P0口被扩展成8位的数据总线和16位地址总线的低8位。在实际应用中,P0口先送出外部存储器16位地址中的低8位至地址锁存器锁存,然后再由P0口进行8位数据的输入或输出。 b、P1口:P1口作为通用I/O接口,它的每一位都
13、可以别编程为通用I/O接口线。 c、P2口:P2口也是一个多功能口,与P0口相似,它除可被用作I/O接口外,在进行系统扩展时,还可以输16位地址总线中的高8位,和P0口共同构成16位的地址总线。当然,在P0口和P2口用作地址/数据总线时,它们都不能再作为通用I/O接口。 d、P3口:P3口也是一个多功能口,除可以作为通用I/O接口外,还具有多种控制功能,为通用I/O接口时和MCS-51其他具有控制功能的输入/输出引线在一起,共同形成MCS-51的控制总线。P3口在作为第二功能(控制功能)使用时,它的每一位功能定义如表(32)所示 一个信号引脚,既是第一功能又是第二功能,在使用时也不会引起混乱和
14、造成错误,理由如下: a、对于各种型号的芯片,其功能的第一功能信号是相同的,所不同的只在引脚的的第二功能信号上。 b、对于9、30和31各引脚,由于第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号,因此不会发生使用上的矛盾。 c、P3口线的情况却有所不同,它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此在实际使用时,总是先按需要优先选用它的 二功能,剩下不用的才作为口线使用。 d、引脚表现出的是单片机的外特性或硬件特性,在硬件方面用户只能使用引脚,即通过引脚组建系统。因此熟悉引脚是我们设计数字显示温度计的重要内容。表(32) P3口线的第二功能 口线第二功能信号名称P3.0RXD串行数据
15、接收P3.1TXD串行数据发送P3.2INT0外部中断0申请P3.3INT1外部中断1申请P3.4T0定时器/计数器0计数输入P3.5T1 定时器/计数器1计数输入P3.6WR外部RAM写选通P3.7RD外部RAM读选通3.4、MCS-51单片机的复位方式和复位电路 (1)复位操作 复位是单片机的初始化操作,其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或者操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键以重新启动。 (1)复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响,例如把ALE和PSEN非信号变为无效状态,即AL
16、E=0,PSEN=1。 (2)复位信号及其产生 RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效,其有效时间持续24个振荡脉冲周期(即2个机器周期)以上,若使用频率为6MHz的晶振,则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。 产生复位信号的电路逻辑如图(34)所示。 整个复位电路包括芯片内外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送施密特触发器,再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样。然后才得到内部复位操作所需要的信号。 (3)复位方式 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,在单片机控制的数字显
17、示温度计电路设计中的单片机复位就是这种方式,其中电容C为22uF,电阻R为1k欧姆,其电路图如图(35a)所示。图(34) 复位电路逻辑图 这样,只要电源Vcc(+5V)的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位,即接通电源就完成了系统的复位初始化。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的,其电路图如图(3 5b)所示。而按键复位脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。 上述电路图中的电阻电容参数适宜于6MHz晶振,能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。 图(35a) 上电复位 图( 35b) 按键电平复位4 显
18、示温度值的LED显示器接口介绍LED显示器是单片机应用系统中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成的,当发光二极管导通时,相应一个笔画划发光,控制某段发光二极管导通,就能显示出某个数码或字符,常用八段LED显示器有两种结构,如图(41)所示。图(41) 八段LED显示器的结构数码管使用条件:a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压:段:根据发光颜色决定; 小数点:根据发光颜色决定c、使用电流:静态:总电流 80mA(每段 10mA);动态:平均电流 4-5mA;峰值电流 100mA在静态显示系统中,每位显示器都应有各自的锁存器、译码器(若采用软件译码,译码器可省去)与驱动器,用以锁存各自
19、待显示数字的BCD码或字段码。因此,静态显示系统在每一次显示输出后能够保持显示不变,仅在待显示数字需要改变时,才更新其数字显示锁存器中的内容。这种显示占用CPU的时间少,显示稳定可靠。缺点是,当显示的位数较多时,占用的I/O口较多。 在动态显示的系统中,CPU需定时地对每位LED显示器进行扫描,每位LED显示器分时轮流工作,每次只能使一位LED显示,但由于人的视觉暂留现象,仍感觉所有的LED显示器都在同时显示。这种显示的优点是使用硬件少,占用I/O口少。缺点是占用 CPU时间长,只要不执行显示程序,就立刻停止显示。但随着大规模集成电路的发展,目前已有能自动对显示器进行扫描的专用显示芯片,使电路
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